第十一章-转座因子的遗传分析PPT课件.ppt

第十一章 转座子的遗传分析 转座子（transposable element） 是指细胞基因组中可移动的遗传功能单位，指能在一个DNA分子（或染色体）的一个座位转移到另一个座位，或从一个DNA分子转移到另一个DNA分子上的遗传功能单位 细胞中能改变自身位置的一段DNA顺序，叫做转座遗传因子（transposable genetic element），简称转座因子，TE 转座因子类型 DNA转座子 RNA反转录转座子12021 w第一节 转座子的发现与分类w第二节 原核生物中的转座子w第三节 真核生物中的转座子w第四节 转座作用的分子机制w第五节 转座因子的遗传学效应及其应用22021第一节 转座因子分析与分类 w转座子的发现 1951年B.McClintock提出转座（Transposition）和跳跃基因(jumping gene)的新概念，70年代在细菌中发现存在可转移座位的插入序列（insertion sequence）,随后在许多生物中发现转座子的存在1983年McClintock荣获诺贝尔奖32021 玉米籽粒花斑的遗传控制系统 1914年，Emerson发现玉米籽粒色斑突变，可以多次突变 1938年，Rhoades发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，有色籽粒纯种自花授粉后代中，出现了有色：斑点：白色= 12:3:1的分离比，并对这种12:3:1的分离比做出解释：42021A1: 控制色素形成Dt: 控制产生斑点玉米籽粒花斑的遗传（玉米自交系）52021 1938年，Rhoades发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，并对这种12:3:1的分离比做出解释：（1）斑点表型（a1a1Dt_）是因为a1发生回复突变成为A1， a1是一种不稳定突变等位基因，是一种回复突变率相 当高的基因；（2）a1基因的不稳定性取决于Dt基因的存在；（3）一旦回复突变发生， a1 A1，就稳定了，即使Dt与 A1分离，A1的表型不会改变。

62021w1940年1950年，遗传学家BMcClintock对对玉米籽粒色斑遗传开展研究，当是已知控制玉米糊粉层颜色至少有5对基因（多因一效）： A和a决定花青素（anthocyan）的有无 C和c决定颜色（color）（红色或紫色）的发生 R和r决定糊粉红色（red），基于A和C基因存在 Pr和pr决定糊粉紫色（purple）和红色 I为抑制基因（inhibitor），抑制C基因的作用 72021 玉米籽粒花斑的遗传控制系统 wMcClintock发现色斑表型不稳定，根据她的遗传学和细胞学研究结果，提出“花斑”表型不是一般的基因突变产生，而是由于一种控制因子存在所致：（1） C突变为c（无色素），是由一个“可移动的遗传因子”插入到 C基因中，导致C基因失活该可移动的遗传因子称为Ds,即解离 因子（dissociator）; （2）解离因子需要另一个可移动因子的激活才能转座，即激活因子（activator）Ac，Ac可以激活Ds插入到C基因或其他基因中，也可以使Ds从C基因中转移出来，使突变基因c发生回复突变 这就是著名的Ac-Ds系统（3）在胚乳发育过程中，发生回复突变（ Ds从C基因中转移）导致斑 点产生；回复突变发生在胚乳发育早期，斑点就大。

82021 玉米籽粒花斑的遗传控制系统 wMcClintock发现色斑表型不稳定，根据她的遗传学和细胞学研究结果，提出“花斑”表型不是一般的基因突变产生，而是由于一种控制因子存在所致：细胞学证据： Ds可导致所在位置的染色体断裂Ds存在的玉米地9号染色体的一个染色体臂上，带有结节（knob）,在Ds处容易断裂，可检查92021 wAc-Ds系统中二者的关系 Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源，特别是两端的序列是相同的 Ac 具有转座因子的全序列，即具有自主转座的功能，Ds存在不同程度的缺失中间序列，丧失了自主转座的功能102021 原核细胞中转座因子的发现 原核生物中的转座因子的发现和检出：1967年Shapiro才在E.coli中发现了转座因子（transposable element）他在半乳糖操纵子(gal K,T,E ）中发现了一种极性突变它有以下的特点：(1) 能回复突变；(2) 用诱变剂对其处理并不能提高回复突变率; 他们想到galE-的突变可能也是部分DNA的插入（突变）和切离（回复突变）所致112021122021第二节、原核生物中的转座因子 (一) 插入序列(IS) (二) 类插入序列（IS-like elements） (三) 复合转座子。

(四) TnA家族 132021w1插入序列（insertion sequences，IS） IS是一种最简单的转座因子，共同的结构特征： 两端的核苷酸顺序是完全相同或相近反向重复序列，中间是转座酶基因142021152021wIS1的特点：w(1)768核苷酸 w(2)本身没有表型效应，只携带转座酶基因w(3)如F因子和大肠杆菌的染色体上有一些相同的插入序列w(4)具有某些共同的结构特征：两端的核苷酸顺序完全相同或相近但方向相反，称为反向重复序列（inverted repeat sequences(IS）含有IS的质粒变性，单链复性出现颈环结构（哑铃状结构）w(5)IS插入“靶”DNA后，在IS两端出现一小段顺向重复的靶DNA序列 5-11bp 162021172021转座子（ transposon)w一类较大的可移动成分除有关转座的基因外，至少带有一个与转座作用无关并决定宿主菌遗传性状的基因w转座子中的转位酶常称为转座酶，其功能是介导转座子插入到DNA的其它部位w复合型Tn：由一个基因序列及两侧臂组成两侧臂为IS序列wTnA族T n:两端是正向或反向重复序列，中间有与Tn功能相关的基因（编码转座酶）及抗生素抗性基因。

总是作为一个单位进行转座，其末端不能单独转座 w接合型Tn：1820212复合转座子（transposon，Tn）w转座子（Tn）的结构特征：w(1)、是一类较大的转座因子，分子大小2000025000npw(2)除了含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其它基因w(3)两端为IS序列因为带IS序列故称为复合转座子）1920212020212120213、TnA家族wTnA家族的结构特征：w(a)、是一类较大的转座因子，分子大小200025000npw(b)除了含有与转座有关的基因外，还带有抗药基因以及其它基因如Tn3含有3个基因：编码-内酰胺酶的氨苄青霉素抗性基因（ampk），转座酶基因（tnpA）和编一种阻遏物的调节基因（tnpk）w(c)两端为IR222021232021转座噬菌体（Transposable phage）w具有转座功能的溶源性噬菌体，包括Mu 和D108等wMu噬菌体是大肠杆菌的一种温和噬菌体，几乎可以插入到宿主基因组的任何位置，以转座复制的形式实现噬菌体增殖，转座频率高，引起被插入的基因突变，故称为Mu噬菌体（mutator phage）详见教材p.260）242021第三节、 真核生物中的转座子 （一）、玉米中的控制因子 （二）、果蝇中的P因子 （三）、反转录病毒和反转录子 252021三、 真核生物的转座因子 （一）、玉米中的控制因子 w 1938年Marcus Rhoades首次发现不稳定突变等位基因（unstable mutant allele），即一种回复突变率很高的等 位基因。

不稳定是取决于不连锁的Dt基因的存在 McClintock19401950描述了大量的控制因子 262021A1: 控制色素形成Dt: 控制产生斑点272021（一）、玉米的控制系统 w1932年，美国玉米遗传学家BMcClintock发现玉米籽粒色斑不稳定遗传现象，于1951年，第一次提出转座因子的概念因为玉米中发现的转座因子除了具有转座的特性外，还具有调节其他基因的作用又称之为控制因子（Controlling elements）w 其中一个称之为解离因子（DS，dissociation），DS插入色素基因C的近旁或中间时，玉米籽粒不能形成色素，当DS离开C基因后，抑制作用被解除Ds的解离又受另一控制因子激活因子（Ac，activator）的影响Ac可位于基因组中任何其他地方Ac丢失，Ds趋向稳定w Ac的作用是自主的，而Ds行为却依赖于Ac，这是因为Ds和Ac在很大程度上表现出核苷酸序列的同源，特别是两端的序列是相同的只是Ds基因不同程度的缺失中间序列，如丢失产生转座所需要有关酶转位酶282021（二）、果蝇的转座子 w果蝇中的至少可以分为三类：P因子、FB因子和Copia因子wP因子w果蝇的P因子有两种类型：w1、全长P因子：长2907bp，两端有33bp反向重复序列，有4个外显子，编码转座酶。

w2、缺失型转座子：它不能编码转座酶，转座需要全长P因子 292021302021果蝇的P因子与杂种不育（hybrid dysgenesis）P型（父本贡献的，paternal contributing）M型（母本贡献的，maternal contributing） P（） M（） 后代可育 M（） P（） 后代不育 而 P （）P（）和 M （）M（） 后代均可育312021322021（三）、 反转录病毒和反转座子w一反转录病毒（retroviruses） w(一) 反转录病毒的生活史w 反转录子（retroposons）w 反转录转座子（retrotransposons）w 1. 反转录病毒基因组的结构与功能w 2. 反转录病毒的整合模型 w 3. 反转录病毒可转录细胞的序列w二酵母的Ty因子（transponson yeast） 332021逆转录病毒科的亚科 逆转录病毒科 人类逆转录病毒RNA肿瘤病毒亚科 HTLV-1、HTLV-2慢病毒亚科 HIV泡沫病毒亚科 人泡沫病毒3420211988年正式命名 分2型 HIV-1较多形式 HIV-2西非1981年首次在美国报道1983年， Montagnier首次分离Human Immunodeficiency Virus352021362021艾兹病病毒372021382021HIV模型图脂双层膜gp120gp41包膜糖蛋白p24衣壳蛋白p14内膜蛋白P7、9核心衣壳蛋白逆转录酶蛋白酶整合酶RNA392021CD4HIV融合受体病毒RNA病毒cDNA宿主染色体DNAHIV生活周期402021艾滋病毒的基因结构 vpr rev rev gag vif tat vpu tat nefLTR pol env LTR LTR 长末端重复序列 gag 核心蛋白，反转录酶 pol 蛋白酶 vif 感染因子 vpr,vpu 复制因子 tat 反式激活因子 rev(art抗阻遏翻译基因活化, trs trans regulator of splicing ) 调节因子 env 衣壳蛋白 nef(3orf) negative factor 抑制复制模板 412021422021432021反转录病毒RNA的末端是正向重复序列。

反转录病毒线型DNA的末端是LTRs,整合到宿主DNA中时，两端各丢失了2 bp442021三、转座机制类型 (1) 复制型转座 （replicative transposition） (2) 非复制型转座 （nonreplicative transposition） (3) 保守转座 （conservative transposition）4520214620211、复制型转座： 转座因子在转座过程中伴随新拷贝的复制，一个拷贝留在原处，另一拷贝插入到新的靶位点 转座涉及两种酶：转座酶、解离酶 472021剪切转座子末端和靶位点并将被切的末端连接到靶位点形成转移复合体，以此起始转座1、 复制型转座机制482021 类型 492021 502021w复。